钥匙、锁定系统和用于打开或关闭锁定系统的方法与流程

描述

对相关申请的引证

本发明涉及并要求于2014年10月23日提交的德国专利申请102014015606.0的优先权，其公开内容在此全部通过引证方式明确地结合到本申请的主题中。

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于锁定系统的钥匙、根据权利要求9的前序部分所述的锁定系统、以及根据权利要求16的前序部分所述的用于打开或关闭锁定系统的方法。

背景技术：

锁定系统保护物体或信息免于未经授权的访问。具有对应的机械钥匙或电子钥匙的机械锁或电子锁移动或控制例如用于锁门的锁簧(bolt，插销)系统。然而，没有哪种锁或锁定系统是绝对安全的。只要有足够的时间、犯罪能量和技术支出，大多数锁都可“被打开”。钥匙被秘密地复制、不用钥匙便可开锁的方法被设计，电子系统通过间谍活动被收集并破坏。为此，随着时间的过去，已经不停地进一步发展了锁和锁定系统的技术，以相应地使非法访问更困难。

存在多种类型的锁或锁定系统。在纯机械锁的情况中，通过机械钥匙来实现例如门的机械解锁。一旦已经核对了钥匙在锁中的形状且对应的机械特征与锁规格匹配并允许旋转运动，则机械钥匙的运动(例如旋转运动)便产生用于移动锁簧的力。此形状的锁(例如圆筒销子锁)是普遍的。

在电子锁定系统的情况中，电气操作或液压操作使锁簧移动。适应该锁的钥匙仅触发此操作。这可通过例如对中心位置的简单的电机控制或合适的数据项目来进行。常见的应用包括所谓的应答器锁，其中，电子钥匙与对应的电子锁交换数据。

a：机械锁

通常，机械钥匙携带在外部可见且对应地在锁中核对的机械特征。如果钥匙和锁匹配，那么允许锁定，结果是转动钥匙可触发进一步的机械操作。

机械锁的优点：

其制造相对简单，并且可没有问题地将钥匙交给其他人。通常，钥匙由金属制成，在例如火灾的事件中也可承受高温。

此类型的锁的缺点在于所谓的撬锁，即，使用对应的方法和工具来打开机械锁。这甚至存在官方锦标赛的事实证明了此类型的锁的不安全性。而且，机械锁通常易于复制，这是因为钥匙的机械“信息”是公开展示的。

另一种类型的锁是密码锁，其中，输入合适的数字可触发开启机构。

缺点：交付密码“钥匙”是有问题的，因为接收其的人可能必须记录一串相对长的数字。

特别是当存在时间压力时，可能忘记数字。

b：电子锁：

电子锁的钥匙包括电子部件，当使磁卡或钥匙靠近锁时，或是在手动激活的事件中，所述电子部件通过无线电链路或光链路来交换信息。如果授权访问，则例如通过伺服电机来电致动对应的开启机构。

电子锁的优点：

可在例如理想地作为时间记录系统的中央处理器中管理数据。(电子)撬锁是困难的或者不可能的。

电子锁的缺点：在机械上是易受影响的，并容易出错。会被暗中监视。不能承受高温；在火灾的事件中，电子钥匙通常会不能挽回地被破坏。

“撬锁”或复制钥匙越困难，则锁定系统越可靠。在当前常见的圆筒销子锁的情况中，可由任何专业锁匠或合适的服务提供商(例如当前在许多购物中心中将找到的)完全没有任何问题地在几分钟内重做一把钥匙。甚至是高安全性钥匙也仅能提供“更高”级别的安全性到这样的程度，即，使得由于对应规章而(在法律上)不允许由钥匙服务提供商进行重做。从技术观点来看，复制此类型的钥匙几乎不是问题。因此也仅由于对应协议而存在安全防伪。现在，甚至是从某一距离远处获得的钥匙的照片也足以使用3d打印机来制造功能完整的钥匙复制品。

技术实现要素：

将此现有技术作为起点，本发明的目的是提供一种不可复制的或者仅通过适当的专门技能和相当大的技术支出才能复制的钥匙、锁定系统和锁定方法，并且，该钥匙、锁定系统和锁定方法不能由任何其他不具有适合的钥匙的预期方法来致动。

此目的由具有权利要求1的特征的用于锁定系统的钥匙、具有权利要求9的特征的锁定系统、以及具有权利要求16的特征的用于打开或关闭锁定系统的方法来实现。

本发明描述了一种包括防伪钥匙和对应的电子读取器单元的锁定系统。在钥匙本身上，人不借助其他帮助而仅通过触摸无法感觉到、看到或检测到钥匙的密码或者已对其金属的微观结构形成的变化。量子物理编码的钥匙看起来例如简单地像是可具有任何预期形状的固体金属棒。密码出现在基体深处，结果是，诸如对表面的损坏的外部影响不会损害钥匙的功能。类似地，在没有机械相互作用的情况下也可扫描到这些对钥匙的固体金属体的金属微观结构的量子物理变化。以这种方式制备的量子钥匙不具有裸眼可见的或通过触摸可感觉到的密码特征，并且该量子钥匙可具有任何预期形状。大约70mm的长度可容纳超过5千亿个不同的密码。

因此，在锁定系统中使用的钥匙可以耐非常强的机械力、非常高的磨损或非常高的温度。钥匙的编码以量子物理固体密码系统为基础。通过这样做，部分地改变固体基体的材料，使得可通过合适的读取方法来读出此变化。

而且，使用阳极氧化、抛光、染色或者真砂和喷砂的外部涂层对功能没有影响。还可通过深冲压(deepstamping)而将钥匙标签、宣传材料(promotionalmaterial)等结合在表面中。

锁定系统包含用于对已经以量子物理的方式结合在钥匙的固体金属中的密码进行解码的解码单元。这样，该布置基于量子物理固体密码系统提供一种最高级别的防伪且防干扰的锁定系统。

从从属权利要求和以下给出的代表性实施例的描述中，其他优点是显而易见的。

附图说明

以下参考附图中举例说明的代表性实施例更详细地说明本发明，其中：

图1示出了根据本发明的钥匙的侧视图，

图2示出了根据本发明的图1的钥匙的另一侧视图，其中指示出密码，

图3示出了用于锁的壳体的三维视图，

图4示出了图3中的壳体的剖面，

图5示出了倾斜地从壳体后面看的壳体的视图，并且

图6是基本电气操作模式的图解说明。

具体实施方式

现在参考附图通过示例更详细地说明本发明。然而，这些代表性实施例仅是示例，其并非旨在将发明构思限制于特殊的布置。在详细描述本发明之前，应指出其不限于该装置的相应组成部分和相应的方法步骤，因为这些组成部分和方法可能变化。这里使用的术语的目的仅是描述特殊实施例而不是限制性地使用。而且，在在说明书或权利要求书中使用单数形式或不定冠词的地方，这也适用于多个这些元件，除非整体语境明确地表明不是这样。

在本发明的上下文内，术语“锁”并不用于机械锁定装置，而是严格地说，用于能够读取钥匙上的密码的读取器单元，于是，如果所读取的密码与对锁储存的密码匹配，例如数字序列，则释放机械锁定装置。在此上下文中，例如锁定通道2.8实际上还是读取器通道。

在这里描述的发明中，使用钥匙1.1，其包括固体的(优选地单块的)金属部件，该部件不具有可见的或可通过任何方式的触摸而感觉到的结构。在代表性实施例中，钥匙包括具有例如120mm的长度和8mm的直径的不锈钢短棒。此不锈钢棒的端部成形为适合于更好地管理，并且该端部设置有用于传统钥匙圈1.4的孔1.3。插入钥匙孔的端部是圆形的。

该代表性实施例中的锁包括圆形的或方形的不锈钢柱体，在一端具有盖板，在另一端具有电气端子。“钥匙孔”是在盖板中的圆形的开口。位于柱体内部中的是电子装置，其通过对应的传感器扫描钥匙1.1并读取密码。在具有仅比8mm的钥匙稍大的内径的管子中引导钥匙本身，在代表性实施例中，该管子是具有例如8.5mm的内径的聚四氟乙烯管。在管子中自由地引导钥匙，并且，钥匙在任何点处都不通过机械或电的方式形成接触。从此观点看，钥匙孔2.5与检测系统气密地密封，即，例如气体等不会引入锁定系统中。

为了解锁或锁定，钥匙简单地引入钥匙孔2.5中的任何预期位置，只要其将能够到达。一旦已经读取钥匙的对应密码，便可用电触发打开或关闭操作。然而，也可以以其机械配对物的方式转动钥匙，例如逆时针的或顺时针的，以便仅启动顺时针或逆时针的解锁，从而触发关闭操作。

通过对钥匙主体(钥匙主体深处)的材料形成量子技术变化来对钥匙进行编码。钥匙号码的加密信息被编码在这些变化中。

在根据图1的70mm长且具有8mm直径的钥匙主体的代表性实施例中，可容纳超过5千亿个不同的密码。为了简单起见，在以下描述中将该钥匙命名为“量子钥匙”。基材中的量子技术变化要求合适的专门技能和装置，结果是，几乎不可能简单地“复制”此类型的钥匙。钥匙主体的结构中的此量子技术变化是不可见的。这意味着，无法获得以这种方式(照相、蜡印模等)制造的钥匙的印模(impression)。例如通过在表面处进行锉削或锯切、锤打、加热、冷却等而产生的机械变化对功能没有影响。通过弯曲钥匙也不会导致任何损坏，假设其再次弯曲回来，使得其配合到锁定通道中。根据图1、图2，钥匙例如可具有简单的圆棒的外观。

而且，使用阳极氧化、抛光、染色或者真砂和喷砂的外部涂层对功能没有影响。还可通过深冲压而将钥匙标签、宣传材料等结合在表面中。

在图1的代表性实施例中，量子钥匙1.1包括具有8mm直径和120mm总长的固体不锈钢棒。前端处的圆形形状1.6用来使得更容易将钥匙引入钥匙孔2.5中。对称的凹入区域或铣削区域1.2不是技术原因所需要的，而是在代表性实施例中，仅用于更好地处理钥匙。孔1.3可接收传统的钥匙圈1.4，使得量子钥匙可简单地附接于多串传统的钥匙。

位于密码区域1.5中的是钥匙的量子技术密码，其甚至对于细心的观察者来说也是不可见的。在例如70mm的长度上，结合有量子技术密码，使得可使用超过5千亿个不同的密码选项。

根据图3，实际的“锁”2.0(为了简单起见叫做“量子锁”)在代表性实施例中容纳于由不锈钢制成的方形壳体2.1中，并且包含用于钥匙1.1的机械引导件2.8、钥匙检测器2.3、以及用于量子技术密码的读取器单元2.2。锁的前端由固定地连接到方形柱体的前板2.4形成。位于前板中的是圆形钥匙孔2.5。根据图4，钥匙1.1的机械引导件2.8包括管状部件，例如由陶瓷或聚四氟乙烯制成。此部件的端部是气密地密封的。这对于例如需要绝对紧密的密封(例如不透气的或压力密闭的)的应用来说是必要的。而且，钥匙的插入深度因此是有限的。尚未举例说明用于将量子锁固定在墙壁或门中的元件，因为一般的固定技术对于本领域中的技术人员来说是熟悉的。

位于钥匙孔2.5附近的是用于检测钥匙的传感器2.3。此传感器2.3检测已经插入钥匙的事实，并激活用于读取钥匙的量子物理密码的读取器单元2.2。在代表性实施例中，传感器2.3消耗非常少量的来自电源电压3.4的电流。这样，该系统优选地能够独立地操作非常长的时间，由电池供电。一旦已经检测到钥匙的插入，则激活用于读取量子技术密码的读取器单元2.2。公认地，读取密码会消耗更多的能量，但是对于每次打开和关闭操作这仅是几毫秒。结果，平均能耗保持得非常低，结果是可在几年内都保证使用电池电源的操作。自然地，如果长期可获得足够的能量，则也可省去(dispensewith)传感器2.3。

所有所制造的钥匙都携带一和5千亿之间的绝对唯一的数字。通过编程将对应的钥匙号码分配给锁中的评估电子装置3.1，结果是仅此数字或其他编程数字可打开锁。如果例如使用中央锁定设备，那么其他数字组合也可与对应钥匙相关并通过接口3.2传给例如中央处理器。在个人锁定设备的情况中，接口3.2的电子装置当然也可直接致动开启机构，例如通过伺服电机直接致动。

在代表性实施例中，在插入钥匙(其可能被偶然引入钥匙孔中的任何预期位置中)之后，并在识别正确的开启授权之后，检测到钥匙的进一步转动。因此，例如，一旦已经插入钥匙且然后已使钥匙逆时针或顺时针转动，开启机构可打开例如门。类似地，顺时针或逆时针转动将再次锁上门。这样，实现与机械锁的情况中相同的直观功能，但是不执行任何机械功能。

在根据图5的代表性实施例中，将量子钥匙的功能所需的电子装置封装在灌注混合物(pottingcompound)2.9中。在代表性实施例中，具有终端触点2.6的插座位于量子锁的后部中。终端插座周围的区域因此也可以是金属屏蔽的。因为这意味着，整个锁完全封装在金属中，除了钥匙孔2.5和终端触点2.6以外，对emc干扰实现非常高的阻力。

图6示出了代表性实施例的基本电气操作模式。一旦已将量子钥匙引入钥匙孔中，用于钥匙检测的传感器2.3便激活用于读取钥匙1.1的量子技术密码的读取器单元2.2。钥匙是否已经引入的检测是无接触的。用于读取量子技术密码的读取器单元2.2也以无接触的方式操作，通过由钥匙的读取器通道或锁定通道2.8提供的机械引导来操作。将钥匙号码与储存在评估电子装置3.1中的数字进行比较，并且如果存在匹配，那么通过接口3.2将另一对应的数据字3.3传给例如中央处理器。在个人锁定设备的情况中，接口3.2当然也可直接控制例如锁定机构中的伺服电机。例如可从锂电池中获取电源电压3.4。

在没有量子钥匙时，对于3v的电源电压，用于钥匙检测的传感器2.3仅消耗1.5μa的电流。一旦已经引入量子钥匙，传感器2.3便激活用于读取钥匙1.1的量子密码的读取器单元2.2、评估电子装置3.1和接口3.2。读取器单元2.2评估所需的时间相应较短，和评估正确的钥匙号码及数据传输所需的时间相同，结果是，对于每天大约100次关闭和打开操作来说平均电流消耗在10μa之下。

量子钥匙1.1当然也可采用任何其他预期形状，例如平盘的形状。要点是，用于读取量子密码的读取器单元2.2可适当地检测密码。

用于锁定系统2.0的钥匙1.1由金属体形成，金属体沿着其长度和/或其周边具有用于用来打开或关闭锁的密码3.3的密码区域1.5。密码3.3由针对金属体的金属微观结构的量子物理变化形成，这些变化对于没有进一步帮助的人来说是感觉不到的，特别是既不可见也不能通过触摸感觉到。钥匙1.1的金属体可采用任何预期形状。例如，钥匙的金属体可以是棒的形状，优选地是圆棒，其优选地沿着密码区域1.5具有恒定直径。

通过对钥匙1.1的固体金属体的金属微观结构形成量子物理变化，在密码区域1.5中形成密码3.3，其中，这些变化是不用机械相互作用也可扫描的。这里，本发明利用这样的认识：这种对于金属微观结构的量子技术变化会导致能量交换的变化，特别是与交变磁场的能量交换的变化。此变化可通过评估磁滞(hysteresis)损失来测量，即，例如，量子物理变化是可电磁扫描的。然而，同时，人们在没有进一步帮助的情况下或通过裸眼是感觉不到这些变化的，特别是既是看不见的，也是不能通过触摸感觉到的。在外部，钥匙反而具有例如圆棒等的外观。量子物理变化在介观(mesoscopic，细观的)范围内。在固态物理中，介于微观和宏观之间的过渡范围叫做介观。简单地说，介观范围在长度级别(scale)上从大约一纳米延伸至大约一微米。于是，对金属微观结构产生的这些变化的多样性一起代表密码地带1.8内的密码。如果将多个信息项目沿着钥匙1.1的周边一个接一个地结合在密码地带中，那么这适用于(applyto)每个单独的信息项目。这意味着，密码的每个局部信息项目包括多种在外部感觉不到的介观变化。通常，这些变化在长度上或在直径上为从0.1到2mm。

除了钥匙1.1，锁定系统还包括具有用于引入钥匙1.1的锁定通道2.8的锁。与锁定通道2.8相关联的是用于对钥匙1.1的密码3.3解码的解码单元。解码单元的读取器单元2.2的形状适应于金属体的形状。钥匙1.1的金属体例如由圆棒形成，该圆棒具有比锁定通道2.8的内径id稍小的外径ad。读取器单元2.2布置在锁定通道2.8上，并且读取器单元与锁定通道2.8气密地隔开。这里，也可对每个单独的密码地带1.8提供多个读取器装置，一个接一个地连续地布置，但是通常将一个读取器单元布置在锁定通道2.8的周边，优选地在与锁定通道的纵向方向横切的平面中，并且，当将钥匙1.1引入锁定通道2.8中时，其依次读取编码在单独的密码地带1.8中的信息项目。

根据图2，密码区域1.5优选地具有多个密码地带1.8，其也可以各自单独地以不同方式编码并沿着周边编码多次。在密码区域1.5的与圆形形状1.6(钥匙首先通过该圆形形状进入锁定通道2.8)距离一间隔的端部处，提供至少一个另一地带，例如端部地带1.9。此端部地带1.9允许解码单元检测钥匙是否完全插入。这可以这样实现：在仅部分引入的事件中，读取实际上不存在的对称的密码，因为解码单元可在引入运动的过程中也可在撤回时读取密码。

在打开或关闭的过程中，将钥匙1.1引入细长的锁定通道2.8。其沿着其长度和/或其周边具有用于打开或关闭锁的密码3.3，通过对固体金属体的金属微观结构形成量子物理变化来对密码进行编码。将钥匙1.1引入锁定通道2.8中的任何预期位置，一旦已经正确地识别钥匙1.1的密码3.3，则围绕其纵向轴线转动钥匙1.1便引起锁的打开或关闭。

不言而喻地，可对本说明书进行可能最宽的多种修改、变化和改造，这些修改、变化和改造在所附权利要求书的等价内容的范围内。

参考数字的列表

1.1量子钥匙

1.2对称的凹入区域或铣削区域

1.3用于钥匙圈的孔

1.4钥匙圈

1.5密码区域

1.6圆形形状

1.7表面

1.8密码地带

1.9端部地带

2.0量子锁

2.1壳体

2.2用于量子技术密码的读取器单元

2.3用于钥匙检测的传感器

2.4前板

2.5钥匙孔

2.6终端触点

2.8锁定通道

2.9灌注混合物

3.1评估电子装置

3.2接口

3.3用于锁定设备的密码

3.4电源电压

ad钥匙1.1的外径。

id锁定通道2.8的内径。